(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
２つ以上の種類のガスの混合体を含む容積内の少なくとも第１および第２のガスを検出するように構成されたセンサーであって、
誘電体基板と、
前記誘電体基板の第１の表面上に設けられた第１の導電性プレートと、
前記第１の導電性プレート上に配置構成された第１のナノチューブ層であって、前記第１の導電性プレートは前記ナノチューブ層と組み合わされて第１の共振器を形成し、前記第１の共振器は、第１のインテロゲーション信号に応答して第１の共振応答信号を発生するように構成され、前記第１の共振応答信号は、前記第１の共振器の前記共振特性により前記少なくとも１つの種類のガスが識別されるように、前記センサーが前記容積内の前記第１のガスと接触している場合に変化する前記第１の共振器の共振特性を示す、第１のナノチューブ層と、
前記誘電体基板の前記第１の表面上の第２の導電性プレートと、
前記第２の導電性プレート上に配置構成された第２のナノチューブ層であって、前記第２の導電性プレートは前記第２のナノチューブ層と組み合わされて第２の共振器を形成し、前記第２の共振器は、前記第２の共振器の前記第２の共振特性により前記第２のガスが識別されるように、前記センサーが前記容積内の前記第２のガスと接触している場合に変化する前記第２の共振器の共振特性を示す第２の共振応答信号を生成する、第２のナノチューブ層と、
を備える、センサー。
【請求項２】
前記第２の共振器は、第２のインテロゲーション信号に応答して第２の共振応答信号を発生するように構成され、前記第１のインテロゲーション信号は、前記第２のインテロゲーション信号と異なる、請求項１に記載のセンサー。
【請求項３】
前記第１のナノチューブ層は、ナノチューブの層を含み、ナノチューブはすべて実質的に同じサイズである、請求項１に記載のセンサー。
【請求項４】
前記第１の導電性プレートは、高縦横比の矩形または他の多角形を含み、前記第１の共振応答信号は、二相性共振応答を含む、請求項１に記載のセンサー。
【請求項５】
前記第１の共振器および前記第２の共振器は、異なるサイズを有する請求項１に記載のセンサー。
【請求項６】
前記インテロゲーション信号を前記第１の共振器および前記第２の共振器に供給するように構成された少なくとも１つのフィードラインをさらに備え、前記インテロゲーション信号は、それに関連付けられた１つまたは複数の周波数を有する請求項１に記載のセンサー。
【請求項７】
前記インテロゲーション信号を前記第１の共振器に選択的に供給するように構成された第１のフィードラインおよび前記インテロゲーション信号を前記第２の共振器に選択的に供給するように構成された第２のフィードラインをさらに備える請求項１に記載のセンサー。
【請求項８】
前記第１の導電性プレートは、円板または銅板の１つまたは複数を備える請求項１に記載のセンサー。
【請求項９】
前記第１の共振器から絶縁され、前記第１の共振器の下にあるグランドプレーンをさらに備える請求項１に記載のセンサー。
【請求項１０】
２つ以上の種類のガスの混合体を含む容積内の第１および第２のガスを検出するためのシステムであって、
少なくとも１つのインテロゲーション信号を供給するように構成された信号発生器と、
前記少なくとも１つのインテロゲーション信号を受信するように構成された少なくとも１つの第１のセンサーであって、前記少なくとも１つの第１のセンサーは、
誘電体基板と、
第１の導電性プレート上に配置構成された第１のナノチューブ層から形成され、前記少なくとも１つのインテロゲーション信号に応答して第１の共振応答信号を発生するように構成された第１の共振器であって、前記第１の共振応答信号は、前記第１の共振器の前記共振特性により前記第１のガスが識別されるように、前記少なくとも１つの第１のセンサーが前記容積内の前記第１のガスと接触している場合に変化する前記第１の共振器の共振特性を示す、第１の共振器とを備える、第１のセンサーと、
前記複数のインテロゲーション信号のうちの第２のインテロゲーション信号を受信するように構成された少なくとも１つの第２のセンサーであって、前記少なくとも１つの第２のセンサーは、
前記誘電体基板上の第２の導電性プレート上に配置構成された第２のナノチューブ層から形成され、前記第２のインテロゲーション信号に応答して第２の共振応答信号を発生するように構成された第２の共振器であって、前記第２の共振応答信号は、前記第２の共振器の前記共振特性により前記第２のガスが識別されるように、前記少なくとも１つの第２のセンサーが前記容積内の前記第２のガスと接触している場合に変化する前記第２の共振器の共振特性を示す、第２の共振器とを備える、第２のセンサーと、
前記第１および第２の共振応答信号を受信し、前記第１のガスを識別する前記第１の共振器の前記共振特性および／または前記第２のガスを識別する前記第２の共振器の前記共振特性を示す検出信号を発生するように構成された検出器とを備えるシステム。
【請求項１１】
前記信号発生器および前記検出器は、センサーインターフェースの一部である請求項１０に記載のシステム。
【請求項１２】
前記検出器に動作可能に結合され、前記検出信号を受信するように構成されたコントローラをさらに備え、前記コントローラは、前記検出信号を予想される値と比較して前記容積内の前記第１および第２のガスの存在および／または非存在を判定するようにさらに構成される請求項１０に記載のシステム。
【請求項１３】
前記少なくとも１つのセンサーは、前記信号発生器または前記検出器のいずれかにワイヤレス方式で結合される請求項１０に記載のシステム。
【請求項１４】
制御共振器を備える制御センサーをさらに具備し、前記制御センサーは、知られているガスを含む異なる容積内に配置され、前記制御共振器は、前記第１のインテロゲーション信号に応答して制御応答信号を発生するように構成され、前記制御応答信号は、前記制御共振器の前記共振特性により前記知られているガスが識別されるように、前記制御センサーが前記異なる容積内の前記知られているガスと接触している場合の前記制御共振器の共振特性を示す、請求項１０に記載のシステム。
【請求項１５】
前記制御共振器の前記共振特性を前記第１の共振器の前記共振特性と比較して前記少なくとも１つの第１のセンサーの周りの前記少なくとも１つの種類のガスの存在を示す差を識別するように構成されたコントローラをさらに備える請求項１４に記載のシステム。
【請求項１６】
前記識別された差は、振幅の差、Ｑ値の差、位相の差、共振周波数の差、共振周波数のシフト、および／または複数の共振周波数の差のうちの１つまたは複数に対応する請求項１５に記載のシステム。
【請求項１７】
前記少なくとも１つの第１のセンサー内の前記第１の共振器は、導電性プレート上に配設される、２つ以上の種類のガスの混合体と接触するようになされたカーボンナノチューブの層を備え、前記第１の共振器は、前記インテロゲーション信号によって励起されたときに共振周波数を有し、前記第１の共振器の前記共振周波数は、前記第１のガスの存在でシフトする請求項１０に記載のシステム。
【請求項１８】
２つ以上の種類のガスの混合体を含む容積内の２つ以上の種類のガスを識別するための方法であって、
１つまたは複数の第１のインテロゲーション信号を第１の共振器に印加することであって、前記共振器は第１の導電性プレート上に配置構成された第１のカーボンナノチューブを備え、前記第１の導電性プレートは誘電体基板の第１の表面上にある、ことと、
第１のインテロゲーション信号によって励起されたときに前記第１の共振器の２つ以上の第１の共振応答を測定することと、
１つまたは複数の第２のインテロゲーション信号を第２の共振器に印加することであって、前記第２の共振器は第２の導電性プレート上に配置構成された第２のカーボンナノチューブを備え、前記第２の導電性プレートは前記誘電体基板の前記第２の表面上にある、ことと、
前記第２のインテロゲーション信号によって励起されたときに前記第２の共振器の２つ以上の第２の共振応答を測定することと、
２つ以上の種類のガスが何であるかを前記第１および第２の共振応答に応じて判定することとを含み、
前記第１のインテロゲーション信号は、前記第２のインテロゲーション信号と異なる、方法。
【請求項１９】
前記容積は第１の容積であり、前記第２の共振器は、第２の容積と接触し、前記第２の容積は前記第１の容積と異なり、
２つ以上の種類のガスが何であるかを判定することは、前記第１の共振器の前記２つ以上の共振応答と前記第２の共振器の前記２つ以上の共振応答との差から２つ以上の種類のガスが何であるかを判定することを含む請求項１８に記載の方法。
【請求項２０】
前記第１の共振器は、前記第２の共振器とほぼ同時に共振する請求項１９に記載の方法。
【請求項２１】
１つまたは複数の第１のインテロゲーション信号を前記第１の共振器に印加することは、１つまたは複数の第１のインテロゲーション信号を複数の第１の共振器に印加することを含み、前記第１の共振器の２つ以上の共振応答を測定することは、前記複数の第１の共振器のそれぞれの第１の共振器の２つ以上の共振応答を測定することを含む請求項１８に記載の方法。
【請求項２２】
２つ以上の種類のガスを含む混合体中の第１および第２のガスを識別するための方法であって、
第１および第２のカーボンナノチューブ共振器に動作可能に結合されたアンテナで、複数のインテロゲーション周波数を含む無線に基づくインテロゲーション信号を受信することと、
前記第１のカーボンナノチューブ共振器で前記無線に基づくインテロゲーション信号に応答して少なくとも１つの第１の共振応答を発生することであって、前記第１のカーボンナノチューブ共振器の前記第１の共振応答が前記第１のカーボンナノチューブ共振器と接触している前記ガス混合体の内容に基づき変化する、ことと、
前記第２のカーボンナノチューブ共振器で前記無線に基づくインテロゲーション信号に応答して少なくとも１つの第２の共振応答を発生することであって、前記第２のカーボンナノチューブ共振器の前記第２の共振応答が前記第２のカーボンナノチューブ共振器と接触している前記ガス混合体の内容に基づき変化する、ことと、
前記少なくとも１つの第１の共振応答に基づき、前記第１のカーボンナノチューブ共振器と接触している前記第１のガスを識別することと、
前記少なくとも１つの第２の共振応答に基づき、前記第２のカーボンナノチューブ共振器と接触している前記第２のガスを識別することとを含む方法。
【請求項２３】
前記アンテナの少なくとも一部は、前記第１および／または第２のカーボンナノチューブ共振器を備える請求項２２に記載の方法。
【請求項２４】
前記第１のナノチューブ層は、すべて実質的に同じ直径を有するナノチューブを備える請求項１に記載のセンサー。
【請求項２５】
前記第１のインテロゲーション信号は、前記第２のインテロゲーション信号と異なる請求項１０に記載のシステム。
【発明の詳細な説明】
【背景技術】
【０００１】
本明細書において別段の指示のない限り、この節で説明する材料は、本出願の請求項に対する従来技術ではなく、またこの節に含めることによって従来技術であると認められることはない。
【０００２】
多くの危険なガスは、人間の感覚では容易に検出できない。例えば、気体であるラドン−２２２は無味、無臭、無色であり、そのため、人間の感覚では検出できない。ラドン−２２２は、崩壊すると、α粒子を放出し、これは、肺組織を損傷することがあり、人間の肺癌を引き起こす一要因となっている。大気質モニターが、このような危険なガスを検出するために使用されてきた。しかし、多くの場合、これらの大気質モニターの設計が、検出できるガスの種類を制限し、そのため、さまざまなガスを検出するために多数の異なるモニターが必要になる可能性がある。それに加えて、従来の大気質モニターはかさばり、場合によっては、モニターの精度は、湿度、温度、およびガス濃度のレベルなどの外的要因に左右されうる。
【０００３】
本開示では、空気中で検出可能な濃度に達する十分な蒸気圧を持つ液体を感知することは困難であり、および／または費用がかかりうることが認識されている。昇華する固体によって放出される蒸気を感知することも困難であり、および／または費用がかかりうる。化学気相堆積単相の厚さおよび／または対応する気相濃度を検出することも困難な場合がある。
【発明の概要】
【０００４】
本開示は、一般的に、２つ以上の種類のガスの混合体を含む容積内の少なくとも１つの種類のガスを検出するように構成されたセンサーについて説明する。いくつかの例示的なセンサーは、誘電体基板、誘電体基板の第１の表面上の導電性プレート、および導電性プレート上に配置構成されたナノチューブ層を備えることができる。導電性プレートは、ナノチューブ層と組み合わされて、共振器を形成することができる。共振器は、インテロゲーション信号に応答して共振応答信号を発生するように構成されうる。共振応答信号は、共振器の共振特性により少なくとも１つの種類のガスが識別されるように、センサーが容積内の少なくとも１つの種類のガスと接触している場合に変化する共振器の共振特性を示すことができる。
【０００５】
本開示は、一般的に、２つ以上の種類のガスの混合体を含む容積内の少なくとも１つの種類のガスを検出するためのシステムについて説明する。いくつかの例示的なシステムは、信号発生器、少なくとも１つのセンサー、および検出器を備えることができる。信号発生器は、インテロゲーション信号を供給するように構成されうる。少なくとも１つのセンサーは、共振器を備えることができ、インテロゲーション信号を受信し、インテロゲーション信号に応答して共振応答信号を発生するように構成されうる。共振応答信号は、共振器の共振特性により少なくとも１つの種類のガスが識別されるように、少なくとも１つのセンサーが容積内の少なくとも１つの種類のガスと接触している場合に変化する共振器の共振特性を示すことができる。検出器は、共振応答信号を受信し、少なくとも１つの種類のガスを識別する共振器の共振特性を示す検出信号を発生するように構成されうる。
【０００６】
本開示は、２つ以上の種類のガスの混合体を含む容積内の２つ以上の種類のガスを識別するための方法をさらに説明する。いくつかの例示的な方法は、１つまたは複数のインテロゲーション信号を共振器に印加すること、インテロゲーション信号によって励起されたときの共振器の２つ以上の共振応答を測定すること、および２つ以上の共振応答に応じて２つ以上の種類のガスが何であるかを判定することを含む。いくつかの例示的な方法では、共振器はカーボンナノチューブを備える。
【０００７】
本開示は、一般的に、２つ以上の種類のガスを含む混合体中のガスを識別するための方法についても説明する。いくつかの例示的方法は、アンテナにより無線に基づくインテロゲーション信号を受信することを含む。無線に基づくインテロゲーション信号は、複数のインテロゲーション周波数を含みうる。アンテナは、カーボンナノチューブ共振器に動作可能に結合されるか、または少なくとも一部はカーボンナノチューブ共振器によって形成されうる。いくつかの例示的な方法は、カーボンナノチューブ共振器で無線に基づくインテロゲーション信号に応答して少なくとも１つの共振応答を生成することと、少なくとも１つの共振応答に基づきカーボンナノチューブ共振器と接触しているガスを識別することとをさらに含むことができる。いくつかの例示的な方法では、カーボンナノチューブ共振器の共振応答は、カーボンナノチューブ共振器と接触しているガス混合体の内容に基づき変化する。
【０００８】
前述の説明は、例示的なものにすぎず、いっさい制限することを意図されていない。上述の例示的な態様、実施形態、および特徴に加えて、図面を参照し、以下の詳細な説明を参照することによってさらなる態様、実施形態、および特徴も明らかになるであろう。
【０００９】
本開示の前記の特徴および他の特徴は、付属の図面を参照することで、以下の説明および付属の請求項からより完全に明らかになるであろう。これらの図面は本開示による複数の例のみを示し、したがって本開示の範囲を制限するものであると考えるべきでないことを理解してもらいそのうえで、付属の図面を用いてさらに具体的に、詳細に本開示を説明する。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１Ａ】本開示の少なくともいくつかの例に従って配置構成されている、ガス混合体内の少なくとも１つの種類のガスを識別するように構成されているシステムのブロック図である。
【図１Ｂ】本開示の少なくともいくつかの例に従って配置構成されている、１つまたは複数の種類のガスを検出するためのいくつかの例示的なセンサーの図である。
【図１Ｃ】本開示の少なくともいくつかの例に従って配置構成されている、図１Ｂの例示的なセンサーの側面図である。
【図２】本開示の少なくともいくつかの例に従って配置構成されている、１つまたは複数の種類のガスを検出するためのいくつかの例示的なセンサーの図である。
【図３】本開示の少なくともいくつかの例に従って配置構成されている、１つまたは複数の種類のガスを検出するためのいくつかの例示的なセンサーの図である。
【図４Ａ】本開示の少なくともいくつかの例に従って配置構成されている、例示的な共振器の基本共振応答の説明となるグラフである。
【図４Ｂ】本開示の少なくともいくつかの例に従って配置構成されている、基本共振応答が図４Ａに示されている例示的な共振器のシフト共振応答の説明となるグラフである。
【図５】本開示の少なくともいくつかの例に従って配置構成されている、１つまたは複数の種類のガスの濃度レベルを判定するためのいくつかの例示的なセンサーシステムのブロック図である。
【図６】本開示の少なくともいくつかの例に従って配置構成されている、１つまたは複数の種類のガスの濃度レベルを判定するためのいくつかの例示的な方法を示す流れ図である。
【図７】本開示の少なくともいくつかの例に従って配置構成されている、１つまたは複数の種類のガスの濃度レベルを判定するためのいくつかの例示的な方法を示す流れ図である。
【図８】本開示の少なくともいくつかの例に従って配置構成されている、２つ以上の種類のガスを含む混合体の変化を検出するいくつかの例示的な方法８００を示す流れ図である。
【図９】本開示の少なくともいくつかの例に従って配置構成されている、いくつかの例示的なコンピューティングデバイスを示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下の詳細な説明では、詳細な説明の一部をなす、添付図面が参照される。図面中の類似の記号は、典型的には、文脈上別のものを示していない限り類似のコンポーネントを明示する。詳細な説明、図面、および請求項で説明されている実例は、制限することを意図していない。他の例も利用することができ、また本明細書に提示されている発明対象の精神または範囲から逸脱することなく、他の変更を加えることができる。本明細書で一般的に説明され、また図に例示されているような本開示の態様は、さまざまな異なる構成による配置、置換、組み合わせ、分離、設計が可能であり、すべて本明細書において暗示的に企図される。
【００１２】
本開示は、とりわけ、少なくとも１つの種類のガスの存在および／または濃度レベルを検出することに一般的に関係する方法、システム、デバイス、および／または装置に関する。いくつかの例示的なデバイスとして、誘電体基板、導電性プレート、および導電性プレート上のナノチューブ層を備えるセンサーが挙げられる。導電性プレートは、誘電体基板の第１の表面上に設けられうる。ナノチューブ層は、ナノチューブ層および導電性プレートが電磁インテロゲーション信号に応答してある周波数で電磁的に共振する共振器を形成するように導電性プレート上に配置構成されうる。ナノチューブ層は、１つまたは複数の種類のガス分子と結合するように構成されうる。例えば、ナノチューブ層は、ガス分子を吸着するように構成されうる。共振器が共振する周波数は、どのガス分子がナノチューブ層と結合するかに従って、シフトすることができる。共振は、共振応答信号として現れうる。共振応答信号の振幅は、検出されたガスの存在および／または濃度レベルを示しうる。共振周波数は、共振応答信号の位相反転に対応する周波数としてさらに検出されうる。
【００１３】
共振器は、基底共振周波数を有する。１つまたは複数の種類のガス分子とナノチューブ層が結合することに応答して、共振器の共振周波数は第二またはシフト共振周波数にシフトし、ガスがセンサーと接触していることを示しうる。より具体的には、ナノチューブ層と結合するガス分子それぞれの種類のガス分子は、共振器内で特定の特性共振周波数シフトを発生することができる。つまり、周波数シフトの大きさは、検出されたガスの種類を示しうる。したがって、いくつかの例では、単一の共振器を、センサーが曝されうるさまざまなガスを検出するように構成することができる。
【００１４】
図１Ａは、本明細書で説明されている少なくともいくつかの実施形態により、ガス混合体内の少なくとも１つの種類のガスを識別するように構成されているシステム１のブロック図である。信号発生器２は、少なくとも１つの電磁インテロゲーション信号（または単純にインテロゲーション信号）を発生するように構成することができ、それぞれのインテロゲーション信号は１つまたは複数の関連する周波数（例えば、ある範囲の周波数を有する広帯域信号、周波数範囲を縮小した狭帯域信号）を含む。適宜、信号発生器２は、複数の電磁インテロゲーション信号を発生するように構成されうる。信号発生器２は、少なくとも１つのセンサー４に動作可能に結合され、センサー４は、ガス混合体を含む容積６内に配設されうる。センサー４は、信号発生器２が発生する少なくとも１つのインテロゲーション信号を受信するように構成され、その結果、センサーが励起されている間に共振応答信号を供給できるようにセンサーの励起が行われうる。共振応答信号は、容積６内のガス混合体中の少なくとも１つの種類のガスの存在を示す共振周波数を含む。適宜、センサー４は、信号発生器２から複数の電磁インテロゲーション信号を受信するように構成され、その結果、センサーが２つ以上の共振周波数を含む共振応答信号を供給し、２つ以上の共振周波数のそれぞれがセンサー４と接触する各ガスによって決定されるようにセンサーが励起されうる。検出器８は、少なくとも１つのセンサー４の共振応答を評価するように構成することができる。検出器８は、センサー４の周りの少なくとも１つの種類のガスの存在を示す、センサー４の共振特性（例えば、共振周波数、共振周波数のシフト、共振のＱなど）を検出するように動作させることができる。適宜、検出器８は、センサー４に関連する２つ以上の共振周波数を検出し、センサー４の周りのガス混合体中の２つ以上の種類のガスを識別するように構成される。
【００１５】
図１Ｂおよび１Ｃは１つまたは複数の種類のガスを検出するように構成されたいくつかの例示的なセンサー１００を示す図であり、本開示の少なくともいくつかの例に従って示されている。例示的なセンサー１００は、図１Ａのシステム１０１内のセンサー４の代わりに使用することができる。図１Ｂおよび１Ｃに例示されているように、例示的なセンサー１００は、導電性プレート１０４をさらに備える。いくつかの実施形態によれば、導電性プレート１０４は、エッチングされた銅層として形成されうる。カーボンナノチューブの層１０６は、導電性プレート１０４によって支持される。いくつかの実施形態によれば、カーボンナノチューブ１０６の層は、単一壁カーボンナノチューブを含み、および／または本質的に単一壁カーボンナノチューブからなるものとしてよい。いくつかの非限定的な実施形態によれば、カーボンナノチューブは、導電性プレート上に自己組織化単分子膜（ＳＡＭ）として形成されうる。
【００１６】
カーボンナノチューブの層１０６は、容積６内のガス混合体と接触するように配置構成されうる。導電性プレート１０４およびカーボンナノチューブの層１０６は、連携して共振器１２０を形成するように構成される。共振器１２０は、インテロゲーション信号によって励起されたときに特性共振周波数を有する。共振器１２０の特性共振周波数は、共振器が真空中などの既定の状態にある場合に基底共振周波数と称されうる。基底共振周波数は、典型的には、励起された共振器１２０の第一高調波応答と称されうるが、いくつかの実施形態では、第二もしくはそれ以上の高調波または第一高調波より低い低調波を基底共振周波数として使用することができる。同様に、シフト共振周波数（以下でさらに完全に説明する）は、第一高調波応答の高調波または低調波と称することができる。高調波および／または低調波の系は、例えば、検出器８のコンポーネントの好適なフィルタリングおよび／またはチューニング、および／またはシステム１０１の回路の寄生抵抗および／または静電容量を使用することができる。
【００１７】
共振器１２０が既定の状態と異なる環境（つまり、真空でない、したがってガス環境の存在において）に曝されたとき、共振器１２０の特性共振周波数は、シフト共振周波数を示す。共振器１２０の共振周波数のシフトの量は、少なくとも一部は少なくとも１つの種類のガスの存在によって決定される。１つの考えによれば、シフト共振周波数は、少なくとも１つの種類のガスの分子の吸着に反応するカーボンナノチューブの導電性の変化によって決定される。別の考えによれば、吸着された分子の価電子帯は、カーボンナノチューブの伝導帯と相互作用して、カーボンナノチューブの電子の移動度を変化させる。電子の移動度の総変化（複数可）は、共振器１２０の共振応答（複数可）を変化させる。
【００１８】
共振応答の幅を狭めて（例えば、最大の半分の帯域幅）、応答の特異性を改善することができる。共振応答に存在する周波数の範囲を縮小する一方法では、例えば、ポリペプチドまたはポリヌクレオチド選別法（ｐｏｌｙｐｅｐｔｉｄｅ  ｏｒ  ｐｏｌｙｎｕｃｌｅｏｔｉｄｅ  ｓｏｒｔｉｎｇ  ｍｅｔｈｏｄｓ）を使用して、サイズ分類されたカーボンナノチューブを使用するものとすることができる。これは、実質的にすべてがほぼ同じサイズであるカーボンナノチューブの層１０６を生成するために使用することができる。カーボンナノチューブの狭いサイズの分布は、共振器１２０内により高いＱ値を生成することができ、これにより、単一共振ピークに対応する共振周波数の範囲が狭められる。より高いＱ値を有する共振器１２０は、相対応答振幅を増大する付加的効果も示す。共振応答振幅は、少なくとも一部は、共振周波数に対応する特定のガスの濃度に比例する。したがって、Ｑ値を増やすと、システム１０１の感度も改善され、またガスを検出できる最低濃度を下げることができる。
【００１９】
共振応答内に存在する周波数の範囲を縮小する別の方法は、周波数の偏波依存性に関係する波長多様化を低減することである。例えば、導電性プレート１０４は円形であってよい。円形からの偏向を最小限に抑えて、Ｑ値を増大させることができる。いくつかの実施形態によれば、高縦横比の矩形または他の多角形（例えば、１０：１のサイズ比より大きい）を導電性プレート１０４に使用して、導電性プレート１０４が濾波可能な二相性共振応答（ｂｉ−ｍｏｄａｌ  ｒｅｓｏｎａｎｔ  ｒｅｓｐｏｎｓｅ）をもたらすようにできる。
【００２０】
センサー１００は、信号発生器２および検出器８に動作可能に結合されている少なくとも１つのフィードライン１１０を備えることができる。フィードライン１１０は、信号発生器２から少なくとも１つのインテロゲーション信号を受信し、インテロゲーション信号で共振器１２０を励起するように構成されうる。少なくとも１つの共振器１２０が、インテロゲーション信号に関連する周波数での共振を示す場合（つまり、対応するガスが存在している場合）、フィードライン１１０は、少なくとも１つの共振器１２０から共振応答信号を受信し、その共振応答信号を動作可能に結合されている検出器８に伝えることもできる。
【００２１】
図１Ａおよび１Ｂの例では、センサー１００は、誘電体基板１０２上に形成することができる。誘電体基板１０２にはグランドプレーン１１２も形成することができる。グランドプレーンは、典型的には、共振器１２０およびフィードライン１１０から分離され（つまり、絶縁され）、フィードライン１１０と共振器１２０との間の共振回路を閉じる。このようにして、共振器１２０およびグランドプレーン１１２は、事実上パッチアンテナを形成することができ、これが環境内に存在するガスによって決定される応答を同調している。いくつかの実施形態では、共振器１２０およびグランドプレーン１１２は、無線信号によって直接インテロゲートされうる。図１Ａおよび１Ｂに示されている実施形態では、少なくとも１つのフィードライン１１０は、アンテナ１０８を含む無線インターフェースを介して信号発生器２および検出器８のうちの１つまたは複数に動作可能に結合される。
【００２２】
図２は、本明細書で説明されている少なくともいくつかの例による、１つまたは複数の種類のガスを検出するためのいくつかの例示的なセンサー２００の図である。例示的なセンサー２００は、図１Ａのシステム１０１内のセンサー４の代わりに使用することができる。図示されているように、例示的なセンサー２００は、互いに電気的に絶縁されている複数のフィードライン２１０ａ、２１０ｂを備えることができる。センサー２００は、フィードライン２１０ａ、２１０ｂに動作可能に結合された対応する複数の共振器２２０ａ、２２０ｂを備えることができる。このような一例において、センサー２００は、各トレース２１４ａ、２１４ｂを介して、信号発生器２および検出器８をフィードライン２１０ａ、２１０ｂに選択的に結合するように構成されたスイッチ２２４を備えることができる。
【００２３】
複数の共振器２２０ａ、２２０ｂは、それぞれ、ガスの混合体中の特定のガスの存在に応答して信号発生器２によって出力される少なくとも１つの周波数で共振するように構成されうる。複数の共振器２２０ａ、２２０ｂのそれぞれは、互いに関して異なるサイズを有し、これにより、共振器のそれぞれが異なるガスの存在に応答することができる。特定の共振器２２０ａ、２２０ｂの応答は、特定の共振器２２０ａ、２２０ｂに対応するフィードライン２１０ａ、２１０ｂを信号発生器２および検出器６（図１Ａ）に結合するようにスイッチ２２４を位置合わせすることによって測定されうる。それぞれの共振器に対する基底共振周波数を選択することによって、特定のガスについてシフト共振周波数を、選択されたインテロゲーション信号に関連する特定の周波数に応答するように同調させることができる。いくつかの実施形態によれば、信号発生器２および検出器８は、実質的に１つの周波数をそれぞれ発生し、検出するように構成することができるが、システム１０１は、それでも、異なるフィードライン２１０ａ、２１０ｂおよび共振器２２０ａ、２２０ｂを選択することによって複数の種類のガスを検出するように構成することができる。
【００２４】
図３は、本明細書で説明されている少なくともいくつかの例による、１つまたは複数の種類のガスを検出するためのいくつかの例示的なセンサー３００の図である。例示的なセンサー３００は、図１Ａのシステム１０１内のセンサー４の代わりに使用することができる。センサー３００は、１つのフィードライン２１０に動作可能に結合された複数の共振器２２０ａ、２２０ｂを備えるものとして図示されている。複数の共振器のそれぞれが、異なるサイズであってもよい。つまり、複数の共振器２２０ａ、２２０ｂは、それぞれ、ガスの混合体中の異なる各種のガスの存在に応答して異なるシフト共振周波数で共振するように構成されうる。例えば、例示的なセンサー３００は、図１の例示的なシステム１０１において使用され、これは複数の関連する周波数が各異なるシフト共振周波数に対応する１つまたは複数のインテロゲーション信号を発生するように構成された信号発生器２を備えることができる。例示的なシステム１０１内の検出器８は、共振器がインテロゲーション信号によって励起されたときに共振応答信号を評価することによってシフト共振周波数を検出するように構成することができる。このようにして、システム１０１（例えば、図１Ａを参照）は、それぞれの特性シフトが、選択された基底周波数からのものであるため、周波数シフトの分布と異なる形でスペクトル上に分布するインテロゲーションおよび応答信号の周波数で動作しうる。
【００２５】
ここでまた図１Ａを参照すると、検出器８は、少なくとも１つの種類のガスの検出に関連する信号（つまり、検出信号）を出力するように構成されうることがわかる。検出信号は、アナログ信号（例えば、電圧、電流など）またはデジタル信号（例えば、データビット）であってよい。コントローラ５２０は、検出器８に動作可能に結合され、検出信号を受信することができる。コントローラ５２０は、検出器６から検出信号を受信することに応答して少なくとも１つの種類のガスの存在を判定するように構成されうる。データインターフェース５１０も、コントローラ５２０に動作可能に結合することができる。いくつかの実施形態では、コントローラ５２０は、少なくとも１つの種類のガスの存在が、受信された検出信号から判定されたときにアラーム条件をアサートするように構成することができる。例えば、コントローラ５２０は、データインターフェース５１０を介してアラームをアサートするように構成され、これにより少なくとも１つの種類のガスの存在の検出に応答して人間が検知できる信号を出力することができる。
【００２６】
容積６は、大気圧における気積とすることができる。いくつかの実施形態では、容積６は気積であり、検出される少なくとも１つの種類のガスはラドンであるものとしてよい。
【００２７】
図５を参照すると、少なくとも１つのセンサーは、各異なる気積内に配設された２つのセンサー５４０ａ、５４０ｂを含むことができることがわかる。信号発生器および検出器を備える測定回路５６０は、２つのセンサー５４０ａ、５４０ｂに動作可能に結合されうる。各共振応答信号は、２つのセンサー５４０ａ、５４０ｂから受信されうる。測定回路５６０は、２つのセンサー５４０ａ、５４０ｂから受信された各共振応答信号を比較することによって気積の１つの中の少なくとも１つの種類のガスの存在を検出するように構成されうる。
【００２８】
ここで再び図を参照すると、図１Ｂおよび１Ｃは１つまたは複数の種類のガスを検出するように構成されたいくつかの例示的なセンサー１００を示す図であり、本開示の少なくともいくつかの例に従って示されている。図１Ｂは、例示的なセンサー１００の上面図であり、図１Ｃは、例示的なセンサー１００の側面図である。例示的なセンサー１００は、誘電体基板１０２、導電性プレート１０４、導電性プレート１０４上に配設されたナノチューブ層１０６、およびインテロゲーション信号を共振器１２０に印加するように構成されたフィードライン１１０を備えることができる。グランドプレーン１１２は、誘電体基板１０２の背面に形成されるか、あるいは共振器１２０とフィードライン１１０とを電磁的に結合するように共振器１２０およびフィードラインの近くにある導電性ハウジングまたは他の材料から形成されうる。
【００２９】
センサー１００は、離調スタブ１１６を持つトレース１１４を介してフィードライン１１０に動作可能に結合されたインテロゲーションアンテナ１０８を適宜備えることができる。誘電体基板１０２は、絶縁体である。一例では、誘電体は、全米電気機器製造業者協会によって指定されたＦＲ−４グレードの材料とすることができる。導電性プレート１０４は、誘電体基板１０２の第１の表面上に配設されうる。導電性プレート１０４は、例えば、接合剤または接着剤層、共晶タイプの付着、ハンダタイプの付着、または別の結合手段などのさまざまな手段を使用して誘電体基板１０２に物理的に取り付けることができる。いくつかの例では、電気メッキ溶液、エッチング、スパッタリングなどを使用して、導電性プレート１０４を誘電体基板１０２の表面上に形成することができる。いくつかの例では、導電性プレート１０４は、銅導電性プレートであってよい。いくつかの例では、導電性プレート１０４およびフィードライン１１０（および適宜、図１Ｂに示されているインテロゲーションアンテナ１０８、トレース１１４、離調スタブ１１６、およびグランドプレーン１１２などの他のコンポーネント）は、回路基板の製造供給元によって提供される導電層をマスキングまたはエッチングすることによって形成される。
【００３０】
ナノチューブ層１０６は、導電性プレート１０４の表面に配置構成されたナノチューブの層であり、共振器１２０を形成することができる。いくつかの例では、ナノチューブ層１０６は、複数のカーボンナノチューブを含み、蒸着法などの適切な方法を使用して導電性プレート１０４上に蒸着することができる。別の例では、ナノチューブ層１０６は、ナノチューブを含む溶液をコーティング、ディッピング、スプレー、スピンコーティング、またはスクリーン印刷することによって形成されうる。ナノチューブを硬化性結合剤上に蒸着するか、または溶液が硬化性結合剤を含んでいてもよい。いくつかの例では、ナノチューブの層は、単層からなるものとしてよい。
【００３１】
フィードライン１１０は、誘電体基板１０２の第１の表面上に配設されうる。グランドプレーン１１２は、フィードライン１１０および導電性プレート１０４とは反対の、誘電体基板１０２の面に配設されうる。いくつかの例では、グランドプレーン１１２は、フィードライン１１０および導電性プレート１０４より広いフットプリントを有し、フィードライン１１０および導電性プレート１０４を超えて延在するように位置決めされうる。フィードライン１１０は、周波数源に物理的に接続されるか、またはフィードラインは、インテロゲーションアンテナ１０８を通して無線周波インテロゲーションを介して周波数源に動作可能に結合されうる。インテロゲーションアンテナ１０８は、トレース１１４によってフィードライン１１０に結合されうる。インテロゲーションアンテナ１０８は、インテロゲーション周波数の掃引範囲（swept range）に対応するインテロゲーション信号を受信し、掃引インテロゲーション周波数をフィードライン１１０に供給するように構成されうる。フィードライン１１０は、インテロゲーション信号を共振器１２０に供給することができる。フィードライン１１０からのインテロゲーション信号が共振器１２０の共振周波数に対応する周波数を有するときに、共振器１２０は共振することができる。つまり、共振器１２０は、インテロゲーション信号に応答して共振する。離調スタブ１１６は、インテロゲーションアンテナ１０８またはトレース１０４に動作可能に結合されうる。離調スタブ１１６は、アンテナおよびフィードラインのクオリティファクタ（Ｑ値）を下げ、これにより、より広い範囲のインテロゲーション周波数を送信することができる。
【００３２】
インテロゲーション信号は、共振器に対する指定された基本周波数を含むものとしてよい。他の例では、インテロゲーション信号は、基本周波数の１つまたは複数の高調波もしくは低調波を含むことができる。共振器１２０の共振により、共振応答信号が生成され、これはフィードライン１１０内の反射として示されうる。例えば、共振器１２０の共振周波数は、インテロゲーション信号の共振応答の変化によって感知されうる。
【００３３】
上で説明されているように、ナノチューブ層１０６は、１つまたは複数の種類のガス分子と結合することができる。いくつかの例では、ナノチューブ層１０６は、１つまたは複数の種類のガス分子をナノチューブ（複数可）の開口部内に、ナノチューブ（複数可）の表面上に、隣接するナノチューブの間の間隙内に、またはこれらの組み合わせに吸着させることによって１つまたは複数の種類のガス分子と結合することができる。共振器１２０に関連付けられている共振周波数は、どのガス分子がナノチューブ層１０６と結合するかに従って、シフトすることができる。特に、共振器１２０は、第１の特性共振周波数を有するものとしてよい。ある種のガス分子とナノチューブ層１０６が結合することに応答して、電磁インテロゲーションへの共振器１２０の共振応答の一部は、基底共振周波数から第１のシフト共振周波数にシフトする。上で説明されているように、共振は、特性周波数（またはシフト特性周波数）でインテロゲーション信号の共振応答としてフィードライン１１０内で検出されうる。同様に、別の種類のガス分子とナノチューブ層１０６が結合することに応答して、共振器１２０の共振応答の一部は、第２のシフト共振周波数にシフトする。
【００３４】
いくつかの例では、センサー１００は、空気中で使用することができ、共振器１２０の基底共振周波数は、真空、窒素、酸素、アルゴン、および二酸化炭素の応答に対応する周波数成分を含む。空気の成分の濃度レベルが変化すると、その結果、共振応答の振幅もそれに対応して変化する。別のガスを加えると、その結果、空気の成分に対応する共振応答の一部が加えられたガスに対応する別のシフト応答周波数にシフトされる。別の例では、センサー１００は、本質的にアルゴンまたは応答を隠さないように選択された別のガス（another gas selected no to mask a response）などの単一の純ガスからなる標準環境内で動作するものとしてよい。テストガスを共振器１２０の周囲の空間内に注入し、共振シフトを単一の純粋な標準ガス中のシステムにおける共振挙動からの変化として測定することができる。
【００３５】
センサー１００は、インテロゲーション周波数を供給し、共振応答信号の振幅および／または周波数を測定するように構成された測定集積回路（図示せず）を備えることができる。他の例では、測定回路は、センサー１００の外部にあってもよい。他の実施形態では、センサー１００は、アンテナおよびトランシーバを備える無線インターフェース（図示せず）を具備することができる。そのような実施形態では、図１Ａの装置の全部または一部が、基板１０２上に集積化することができる。
【００３６】
測定回路によって測定される共振応答信号（センサー１００に組み込まれていようと、分離していようと、図示せず）は、検出されたガスの濃度レベルを判定するために使用されうる。特に、シフト応答周波数の振幅は、検出されたガスの濃度レベルの関数となっているものとしてよい。したがって、振幅の変化は、センサー１００が配置されている周囲空気中の検出されたガスに関連する濃度レベルを示しうる。共振器１２０は、対応する複数のシフト共振周波数で共振することによって複数の種類のガスを検出するように構成することもでき、共振周波数のシフトの大きさは特定のガスの存在を示し、シフト周波数の振幅は、対応するガスの各濃度レベルを示す。共振が発生する周波数のシフトの量（例えば、ヘルツ単位の変化）は、検出されたガスの種類によって決まる。
【００３７】
いくつかの例では、センサー１００は、インテロゲーションアンテナ１０８を備える代わりに、発振器などの別の種類の周波数源を備えることができる。いくつかの代替的な例では、センサー１００は、コネクタを介して外部周波数源に動作可能に結合されうる。
【００３８】
図２を再び参照すると、この図は本開示の少なくともいくつかの例による１つまたは複数の種類のガスを検出するためのいくつかの例示的なセンサー２００を示している。センサー２００は、複数の共振器２２０ａ、２２０ｂなどを備える誘電体基板２０２を備え、それぞれの共振器２２０はナノチューブ層２０６が上に形成されている導電性プレート２０４を備える。センサー２００は、複数のフィードライン２１０ａ、２１０ｂなど、トレース２１４ａ、２１４ｂなど、およびグランドプレーン２１２をさらに備えることができる。それぞれのトレース２１４は、センサー２００上の、またはセンサー２００の外部の、単一周波数または多周波数のインテロゲーションアンテナ（図示せず）などの周波数源（図示せず）に動作可能に結合されうる。周波数源がセンサー２２０の外部にある場合、周波数源は、外部コネクタを介してトレースに動作可能に結合されうる。それぞれの共振器２２０は、各フィードライン２１０に動作可能に結合することができる。それぞれのグランドプレーン１１２は、共振器２２０とは反対の、誘電体基板２０２の面に形成され、対応するフィードライン２１０および共振器２２０と重なるものとしてよい。周波数源は、各動作可能に結合されているトレース２１４を介してそれぞれのフィードライン２１０にインテロゲーション信号を選択的に供給するように構成されうる。特に、センサー２００または外部デバイスは、周波数源に動作可能に結合されたスイッチ２２４および周波数源を各フィードライン２１０に選択的に結合するように構成されたそれぞれのフィードライン２１０を備えることができる。それぞれのフィードライン２１０は、関連する周波数を持つインテロゲーション信号を対応する共振器２２０に印加するように構成されうる。
【００３９】
それぞれの共振器は、測定された、または設計された基底共振周波数を有することができ、そのナノチューブと１つまたは複数の種類のガスが結合することに応答してシフト共振を示すように構成されうる。いくつかの例では、それぞれの共振器２２０は、同じインテロゲーション信号に応答し、また異なるガスが各共振器２２０上のナノチューブ２０６と結合することに応答してシフト共振で共振するように構成されうる。特に、それぞれの共振器２２０のシフト共振周波数は、導電性プレート２０４の直径に基づき選択することができる。
【００４０】
真空中の共振器２２０の共振周波数は、関係式
【００４１】
【数１】
0005469780.tif 000002
に従って決定することができ、
ただし、式中、
ｆｏは共振器の共振周波数であり、
ｃは光速であり、
ｒは円板の半径であり、
ｎは自然数であって、１は基本周波数、２は第二高調波などであり、
【００４２】
【数２】
0005469780.tif 000003
は基板の相対誘電率の平方根である。
【００４３】
つまり、それぞれの共振器２２０は、共振器２２０の直径に基づき特定のガスに対する特定の周波数で共振するように構成されうる。例えば、複数の共振器２２０のそれぞれに異なる直径を持たせることによって、特定のガスが共振器２２０上のナノチューブ層２０６と結合するときにそれぞれの共振器が共振する周波数の共振シフトが予め決定されうる。導電性プレートの直径を変化させると、これにより、それぞれの共振器２２０を特定の周波数に応答して共振するように構成することができる。こうして、それぞれの共振器２２０の基底周波数は、特定のガスおよび導電性プレートの特定の直径に対応するシフト共振をマイナスにしたものとして逆計算することができる。いくつかの例では、それぞれの共振器２２０は、動作させるのにＦＣＣの免許不要の周波数帯内の周波数を有するインテロゲーション信号に応答して共振するように構成されうる。例えば、インテロゲーションアンテナによって受信されるインテロゲーション周波数の掃引範囲は、無免許周波数帯とすることができる。
【００４４】
いくつかの例では、スイッチ２２４は、第１のフィードライン２１４ａを周波数源の出力に選択的に結合し、第１の周波数ｆｉを持つインテロゲーション信号を第１の共振器２２０ａに印加するように構成することができる。第１の共振器２２０ａは、ラドンなどの第１のガスに結合するナノチューブ２０６に応答し、インテロゲーション信号に応答して共振するように構成することができる。スイッチ２２４は、周波数源から第１のフィードライン２１４ａを切り離し、第２のフィードライン２１４ｂを周波数源に結合するように構成することができる。第２のフィードライン２１４ｂに動作可能に結合された第２の共振器２２０ｂは、ＣＯ２などの第２のガスと結合する対応ナノチューブ層２０６に応答し、周波数ｆ１を持つインテロゲーション信号に応答して共振するように構成することができる。
【００４５】
スイッチ２２４は、それぞれのトレース２１４の結合と切り離しとを切り替えて一度に１つずつインテロゲーション信号ｆ１をそれぞれの共振器２２０に供給するように構成されうる。結合と切り離しとの切り替えは、順次（つまり、それぞれのトレースは、順番にスイッチインまたはスイッチアウトされる）または順番でなく（つまり、トレースは順番でなく選択的にスイッチインまたはスイッチアウトされる）提供される。いくつかの例では、異なるトレース２１４間でスイッチインまたはスイッチアウトされるインテロゲーション信号は、他のものと同じであってもよい。したがって、これらの例では、周波数源は、単一周波数発振器とすることができる。しかし、他の例では、それぞれの共振器２２０を励起するインテロゲーション信号は、互いに異なっていてもよい。
【００４６】
上で示されているように、共振器２２０のそれぞれの導電性プレート２０４の直径は、共振器２２０がその上に形成されたナノチューブ２０６が特定のガスに結合することに応答して共振する周波数を設定するように調節することができる。例えば、第１の共振器２２０は、その上に形成されたナノチューブ２０６とラドンガスが結合することに応答して、また特定の周波数ｆ１（または特定の周波数を実質的に中心とする周波数の帯域）を持つインテロゲーション信号に応答して共振するように特定の直径で設計することができる。第２の共振器２２０は、その上に形成されたナノチューブ２０６とＣＯ２ガスが結合することに応答して、また同じ特定の周波数ｆ１を持つ同じインテロゲーション信号に応答して共振するように特定の直径で設計することができる。したがって、同じインテロゲーション信号をフィードライン２１４を通じて共振器２２０のそれぞれに印加することができる。第２の共振器２２０ｂも、ナノチューブ２０６が第１のガスである、ラドンと結合することに応答して共振することができるけれども、共振周波数は、インテロゲーション信号の周波数の範囲（または周波数帯）の外にあるものとしてよく、第２の共振器２２０ｂは、したがって、ラドンに対応する応答をもたらさず、むしろ異なる選択されたガスに対応する応答をもたらす。
【００４７】
上で示されているように、それぞれの共振器２２０が共振すると、共振応答信号は、フィードライン２１０内の電磁波の反射として示される。共振応答信号の振幅を測定して、特定の共振器２２０によって検出されたガスの濃度レベルを判定することができる。共振応答信号は、センサー２００上に配置されているか、またはセンサー２００に外部的に結合されているコントローラに供給することができる。コントローラは、後述のＬＵＴにアクセスして、どの共振器２２０が共振したかに基づき検出されたガスを識別し、特定の共振応答信号の振幅に基づきガスの濃度レベルを判定することができる。センサーは、コントローラに有線で、またはワイヤレス方式で結合されるように構成されうる。
【００４８】
図３は、本開示の少なくともいくつかの例による、１つまたは複数の種類のガスを検出するためのいくつかの例示的なセンサー３００の図である。例示的なセンサー３００は、図２の例示的なセンサー２００に類似している。しかし、図３の例示的なセンサー３００は、単一のフィードライン２１０、トレース２１４、およびグランドプレーン２１２を有する。図２のセンサー２００のように、センサー３００は、誘電体基板の第１の表面上に形成された複数の共振器２２０をさらに備え、複数の共振器２２０のそれぞれはその上に形成されたナノチューブの層２０６を有する導電性円板２０４を備える。グランドプレーン２１２は、複数の共振器２２０の反対側の表面に形成され、複数の共振器２２０およびフィードライン２１０に重なるように位置決めされうる。
【００４９】
トレース２１４の第１の端部は、単一周波数または多周波数のインテロゲーションアンテナなどの周波数源（図示せず）に動作可能に結合されうる。周波数源は、センサー３００上に配置されるか、またはセンサー３００の外部に配置されうる。トレース２１４の他端は、フィードライン２１０に動作可能に結合されうる。フィードライン２１０は、インテロゲーション信号を複数の共振器２２０に供給するように構成されうる。この例では、周波数源は、インテロゲーション信号をそれぞれの共振器に供給するように構成された多周波数インテロゲータとすることができる。
【００５０】
図２のセンサー２００と同様に、センサー３００上のそれぞれの共振器２２０は、基底共振周波数を有することができ、そのナノチューブ２０６と１つまたは複数の種類のガスが結合することに応答してシフト共振周波数を示すように構成されうる。特に、それぞれの共振器２２０は、そのナノチューブ２０６と特定のガスが結合することに応答して、またインテロゲーション信号の特定の周波数に応答してその共振をシフトするように構成されうる。例えば、周波数源は、第１の周波数ｆ１を持つ第１のインテロゲーション信号をフィードライン２１０を介して複数の共振器２２０のうちの全部に供給することができる。第１の共振器２２０ａは、第１の周波数ｆ１の第１のインテロゲーション信号に応答して共振するように構成されうる。
【００５１】
残りの共振器２２０は、第１のインテロゲーション信号に応答しえないが、それは、残りの共振器２２０が異なるインテロゲーション周波数に応答するように設計されている可能性があるからである。例えば、第２の共振器２２０ｂは、第２の周波数ｆ２を持つ第２のインテロゲーションに応答して共振するように構成されうる。いくつかの例では、第１の周波数ｆ１は、第２の周波数ｆ２と異なる。第１の共振器２２０ａおよび第２の共振器２２０ｂは、各共振器２２０ａおよび２２０ｂ上の導電性プレート２１４の直径を変化させることによって、異なる周波数ｆ１およびｆ２でそれぞれインテロゲーション信号に応答して共振するように構成されうる。したがって、センサー３００上のそれぞれの共振器２２０は、異なる周波数で、それぞれの共振器２２０のナノチューブ２０６と異なるガスが結合することに応答して共振するように構成されうる。いくつかの例では、インテロゲーション周波数は、動作させるのにＦＣＣの免許不要の周波数帯の範囲内などの、狭帯域から選択することができる。
【００５２】
第１の共振器２２０ａが共振すると、第１の共振器２２０ａが共振することに応答してフィードライン２１０内で共振応答信号が示され、センサー３００に動作可能に結合されているか、またはセンサー３００上に設けられているコントローラに共振応答信号を供給することができる。インテロゲーション信号の特定の周波数に応答して共振が検出されたときに、コントローラは、共振器２２０のうちのどれがインテロゲーション信号の周波数に基づき共振しているかを検出するようにプログラムすることができる。つまり、それぞれの共振器２２０はもっぱら特定の周波数（例えば、高調波および低調波を無視して、共振器に対する指定された基本周波数）で共振するので、共振器２２０が特定の周波数を持つインテロゲーション信号に応答して共振すると、どの共振器２２０が共振の原因となったインテロゲーション信号の周波数に基づき共振しているかがわかる。
【００５３】
例示的なセンサー１００〜３００のうちのいずれも、ナノチューブ層および／または導電性プレートの幾何学的形状は、検出が求められているガスの種類に応じて異なりうる。それに加えて、ナノチューブの直径、および／またはナノチューブの長さは、検出するガスに応じて異なりうる。例えば、ナノチューブの直径は、検出するガスの分子のサイズに似た直径であってよい。別の例では、ナノチューブの層内のナノチューブのそれぞれは、実質的に同じ直径および長さを有することができる。別の例では、導電性プレート上のナノチューブのそれぞれは、実質的に同じ直径を有し、他のナノチューブとは長さが異なるか、または他のナノチューブと実質的に同じ長さであるが、直径は異なるものとしてよい。
【００５４】
近年、長さに応じてナノチューブを分ける技術が開発されている。例えば、一技術は、すべての目的に関して、本明細書の開示に矛盾しない範囲で、参照により本明細書に組み込まれている、Ｔｕ，  Ｘ．ら「ＤＮＡ  ｓｅｑｕｅｎｃｅ  ｍｏｔｉｆｓ  ｆｏｒ  ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ−ｓｐｅｃｉｆｉｃ  ｒｅｃｏｇｎｉｔｉｏｎ  ａｎｄ  ｓｅｐａｒａｔｉｏｎ  ｏｆ  ｃａｒｂｏｎ  ｎａｎｏｔｕｂｅｓ」、Ｎａｔｕｒｅ、４６０、２５０〜２５３頁（２００９年）において説明されている。ナノチューブに実質的に同じ直径および長さを持たせることによって、共振器のクオリティファクタ（Ｑ値）を増やすことができる。一般に、Ｑを小さくすることは、周波数のより広い範囲にわたって分布するピーク共振振幅の縮小に対応する。一般に、Ｑを大きくすることは、共振挙動の周波数範囲を縮小し、ピーク共振振幅を大きくすることに対応する。Ｑ値を増大することによって、共振器は、異なるが密接に関係する共振周波数シフトを有する異なるガスに対して実質的に異なる共振シフトを発生することができる。例示的なセンサーでは、ナノチューブの直径は、数ナノメートルのオーダーであり、ナノチューブの長さは、数ミリメートルの長さであるものとしてよい。いくつかの例では、ナノチューブの直径は、テストされているガスまたは分子よりもわずかに大きい。
【００５５】
上に示されているように、一例では、検出されるガスはラドンであるものとしてよい。ラドン−２２２などのラドンは、天然に存在する元素であり、岩および土壌中にさまざまな量で見つかる、放射性ガスである。この例では、ナノチューブは、ラドンガス分子の直径に匹敵する直径を有することができる。他の例では、検出されるガスは、水銀フューム、鉛フューム、ベンゼン蒸気、爆発物を示す１つまたは複数の種類のガス、またはこれらの組み合わせであってよい。例では、ガス混合体は、大気圧において窒素、酸素、アルゴン、および二酸化炭素などの空気を含むことができる。
【００５６】
導電性プレートは、導電性材料、例えば、金属、導電性ポリマー、半導体、多結晶シリコンなどで作ることができる。いくつかの例では、導電性プレートは、銅板を含む。さまざまな例において、ナノチューブは、図１Ａの例示的なセンサーを参照しつつ上で説明されている方法のうちの１つなどの、適切な方法によって形成されるカーボンナノチューブであってよい。図４Ａは、本開示の少なくともいくつかの例による例示的な共振器の基本共振応答の説明となるグラフである。図４Ｂは、基本共振応答が図４Ａに示されている例示的な共振器のシフト共振応答の説明となるグラフである。横軸は周波数に対応し、縦軸は共振の量（例えば、振幅または大きさ）に対応する。図４Ａに例示されているように、共振器の基底共振周波数は、ｆ０に対応する周波数の検出結果に基づき決定されうる。基底共振周波数は、真空中の（例えばインテロゲーション信号によって励起されたとき）、または単一の標準ガスが存在している場合（例えば、注目している特に検出可能なガスが存在していない場合）の共振器の励起状態に対応しうる。図４Ｂは、２つ以上の種類のガス（使用される場合、標準ガスを含まない）に曝されたときに共振器がインテロゲーション信号によって励起されることに応答して見つけられる共振器の測定された共振周波数（例えば、周波数ｆ１およびｆ２）を示している。それぞれのガスが存在することで、周波数ｆ１およびｆ２によって示されるような共振器の基底周波数（例えば、基底共振周波数ｆ０）に関して周波数シフトが発生しうる。第１の周波数シフトは、ｆ２−ｆ０に対応し、第２の周波数シフトは、ｆ１−ｆ０に対応しうる。それぞれの対応する周波数の振幅（または大きさ）は、それぞれ振幅Ｒ１およびＲ２に対応するものとしてよい。特定の幾何学的形状を有するナノチューブを選択することによって、複数の種類のガスへの共振応答は、より容易に分離できる。つまり、共振周波数は、それぞれのガスに関連する共振応答が他のガスと関連する共振応答からより容易に区別できる十分に高いＱ値および狭い応答周波数範囲を持つように選択されうる。
【００５７】
図５は、本開示の少なくともいくつかの例による、１つまたは複数の種類のガスの濃度レベルを判定するためのいくつかの例示的なシステム５００のブロック図である。例示的なシステム５００は、コントローラ５２０に動作可能に結合された入出力インターフェース５１０を備えることができる。センサーインターフェース５３０も、コントローラ５２０に動作可能に結合される。センサーインターフェース５３０は、上で説明されている例示的なセンサー１００、２００、および３００などの、１つまたは複数のセンサー５４０ａ、５４０ｂに有線で、またはワイヤレス方式で結合されうる。センサーインターフェース５３０または測定回路５６０は、１つまたは複数のインテロゲーション信号を１つまたは複数のセンサー５４０に供給するように構成された発振器（信号発生器とも称される）を備えることができる。それぞれのインテロゲーション信号は、前の方で説明したように１つまたは複数の関連する周波数を含みうる。発振器は、コントローラ５２０からの制御信号に応答して発振するように構成されうる。
【００５８】
いくつかの例では、センサー５４０は、特定のガスを検出するために使用する前に較正することができる。特に、センサー５４０上の共振器の基底共振周波数を、最初に得ることができる。例えば、センサー５４０は、一定期間、実質的に一定の知られているガス中に共振器を曝し、共振特性を測定することによってテストすることができる。共振器が実質的に一定の知られているガスに曝された場合、ガス分子は、共振器のナノチューブと結合しうる。共振器がインテロゲーション信号に応答して共振する場合、共振応答信号（例えば、制御応答信号）は、フィードラインで生成されうる。測定回路５６０は、共振器の１つまたは複数の共振特性（例えば、共振器の共振周波数、共振器のＱ値、共振応答信号の振幅、共振応答信号の位相など）を測定し、測定された値（つまり、共振特性を示す値）をコントローラ５２０に供給することができる。次いで、共振器は、同じガスの変化する濃度レベルに曝されうる。それぞれの濃度レベルで、共振器の共振特性を測定し、格納することができる。これらの測定値に基づき、ルックアップテーブル（ＬＵＴ）またはアルゴリズムを作成して、測定された共振特性とＬＵＴまたはアルゴリズムで識別されたガスの知られている濃度レベルについてすでに得られている共振特性とを比較することができる。例えば、コントローラ５２０は、共振器の共振周波数測定された振幅に基づきＬＵＴまたはアルゴリズムにアクセスし、センサー５４０によって検出されたガスの濃度レベルを判定するように構成されうる。いくつかの例では、センサーは、別のセンサー較正データを使用して較正することができる。つまり、第１のセンサーが上で説明されているように較正された後、センサーの較正データをコントローラに供給し、このデータを第２の共振器が載っている第２のセンサーと組み合わせて使用することができる。第２のセンサーは、コントローラに結合されうる。コントローラは、第１のセンサーの較正データからＬＵＴまたはアルゴリズムにアクセスし、第２の共振器の共振周波数測定された振幅に基づきガスの濃度レベルを検出するように構成されうる。
【００５９】
センサーインターフェース５３０は、特定の関連する周波数（または周波数の範囲）を持つインテロゲーション信号に応答して、対応するセンサー５４０上の共振器の共振を示す１つまたは複数のセンサー５４０からの共振応答信号を受信するように構成されうる。共振応答信号は、コントローラ５２０に動作可能に結合することができる。システム５００は、共振応答信号の特性を測定するように構成された測定回路５６０を備えることができる。例えば、測定回路は、共振応答信号の振幅（または大きさ）を測定するように構成することができる。いくつかの例では、測定回路５６０は、共振応答信号の周波数またはインテロゲーション信号の入射に関する周波数のシフトを測定するように構成することができる。例えば、測定回路５６０は、デジタル信号処理デバイスなどの周波数弁別器を備えることができる。システム５００は、メモリ回路５７０をさらに備えることができる。メモリ回路５７０は、コントローラ５２０の外部回路であるか、または内部回路であるものとしてよい。メモリ回路５７０は、共振応答信号の測定された振幅（または大きさ）などの、共振応答信号の特性を格納するように構成されうる。それに加えて、メモリ回路５７０は、上で説明したようにＬＵＴまたはアルゴリズムを格納することができる。ＬＵＴまたはアルゴリズムは、共振応答信号の測定された振幅に基づきセンサー５４０によって検出されたガスの濃度レベルを判定するために使用されうる。
【００６０】
一例において、測定回路５６０は、較正ポートのところでダイオードを介してインテロゲーション信号を受信することができる。インテロゲーション信号は、共振応答信号が測定回路５６０の較正ポートによって受信されないようにダイオードを介してフィードラインに送信されうる。インテロゲーション信号ダイオードを超えて、共振応答信号がインテロゲーション信号の上に重ね合わされ、これにより測定信号を形成する。測定回路５６０は、測定ポートのところで重ね合わされたインテロゲーション信号および共振応答信号を受信する。測定回路５６０は、インバータおよび増幅器もしくは減衰器を備え、これは較正信号または測定信号のいずれかに適用されうる。簡単のため、この説明では、較正信号は反転され、減衰されると仮定する。反転され、減衰された較正信号を測定信号に加えて、濾波信号を形成する。こうして、濾波された信号は、共振応答信号のみを含み、インテロゲーション信号は加算器によって濾波される。測定回路５６０は、濾波信号に動作可能に結合された周波数アナライザーを備える。周波数アナライザーは、ナノチューブセンサーの共振挙動を表すデジタル波形を出力する。コントローラ５２０は、ＬＵＴをアドレッシングするために、またはアルゴリズムへの係数としてデジタル波形を使用することができる。ＬＵＴまたはアルゴリズムは、１つもしくは複数のガス濃度レベル、または１つもしくは複数のガス濃度レベルに対応する制御信号を出力する。
【００６１】
特定のガスに関連する識別子（例えば、ガス名）およびその特定のガスに関連する濃度レベルを入出力インターフェース５１０に与えることができる。入出力インターフェース５１０は、音声および／または視覚的アラーム、または１つまたは複数のポートを介してさまざまな外部デバイス（例えば、ディスプレイ、空気循環ユニット、またはスピーカー）と通信するように構成された処理ユニットに動作可能に結合されうる。
【００６２】
いくつかの例では、コントローラ５２０は、センサーインターフェース５３０を介して、制御センサーに動作可能にさらに結合されうる。制御センサー５４０ｂは、テストセンサー５４０ａと異なる環境内に配置することができる。例えば、制御センサー５４０ｂは、１つまたは複数の種類のガスの濃度レベルが変化しないと予想される環境内に配置することができる。テストセンサー５４０ａは、１つまたは複数の種類のガスの濃度レベルを監視する環境内に配置することができる。センサーインターフェース５３０によってセンサー５４０ａおよび５４０ｂに供給される特定のインテロゲーション周波数を持つインテロゲーション信号に応答して、テスト共振応答信号がテストセンサー５４０ａによって生成され、制御共振応答信号が制御センサー５４０ｂによって生成され、センサーインターフェース５３０に送り返されるものとしてよい。制御共振応答信号とテスト共振応答信号の振幅（または大きさ）の間の差を判定することができる。コントローラ５２０は、ＬＵＴまたはアルゴリズムにアクセスして、２つの信号の間の振幅の差の値に基づき１つまたは複数の種類の検出されたガスの濃度レベルを判定するように構成されうる。信号間の差が特定のレベル（例えば、閾値レベル）を超えている場合、指示信号が生成され、入出力インターフェース５１０を通じて外部デバイスに供給されうる。この例では、正しい読み取り値を得る上でテスト共振応答信号の測定精度は不要であるが、それは、ガスの濃度レベルが２つの信号の間の差に基づいて判定されるからである。
【００６３】
いくつかの例示的なシステムでは、共振応答信号を評価するために、ＬＵＴまたはアルゴリズムの代わりに比較器（図示せず）または他の類似のデバイスが使用され、比較器によって評価する閾値レベルを設定するために基準信号（シングルエンド信号または差分信号）が使用されうる。例えば、閾値レベルよりも上にあると判定された共振応答信号は、比較器のＨｉｇｈ出力（例えば、論理１）として示され、閾値レベルより下にあると判定された共振応答信号は、比較器のＬｏｗ出力（例えば、論理０）として示されうる。そのため、比較器を使用して、制御共振応答信号をテスト共振応答信号と比較して濃度レベルが基準信号（例えば、電圧信号の電流）によって設定されているような特定のレベルより上にあるかどうかを検出することができる。濃度レベルが高いと判定された場合、指示信号が生成されうる。
【００６４】
図６は、本開示の例の少なくともいくつかにより２つ以上の種類のガスの混合体を含む容積内の少なくとも１つの種類のガスを検出するいくつかの例示的な方法６００を示す流れ図である。方法は、ブロック６１０〜６６０によって例示されているような１つまたは複数の関数、オペレーション、またはアクションを含みうる。例示的な方法は、ブロック６１０から始まるものとしてよい。
【００６５】
ブロック６１０で、インテロゲーション信号は、テストされる共振器および制御共振器に（例えば、周波数源、インテロゲーションアンテナ、フィードライン、またはこれらの組み合わせなどによって）供給されうる。
【００６６】
ブロック６１０の後にブロック６２０が続くものとしてよい。ブロック６２０で、テストされる共振器の共振を示す１つまたは複数のテスト共振応答信号が検出され、測定されうる（例えば、測定回路、検出器、コントローラ、センサーインターフェース、またはこれらの組み合わせなどによって）。ブロック６２０の後にブロック６３０が続くものとしてよい。
【００６７】
ブロック６３０はオプションである。ブロック６３０で、制御共振器の共振を示す１つまたは複数の制御共振応答信号が検出され、測定されうる（例えば、測定回路、コントローラ、センサーインターフェースなど、またはこれらの組み合わせなどによって）。ブロック６３０の後にブロック６４０が続くものとしてよい。
【００６８】
ブロック６４０で、テスト共振応答信号と制御共振応答信号との間の振幅の差を取得し（例えば、共振応答信号の間の差、共振特性などを評価するコントローラなどによって）、ＬＵＴまたはアルゴリズムにアクセスして、この差を使用し１つまたは複数の種類の検出されたガスの存在および／または濃度レベルを判定することができる。ブロック６４０の後にブロック６５０が続くものとしてよい。
【００６９】
ブロック６５０で、前記１つまたは複数の種類の検出されたガスの存在および／または濃度レベルが閾値と比較されうる（例えば、コントローラ内などで）。存在および／または濃度レベルが１つまたは複数の種類の検出されたガスの存在を示し、および／または検出されたガスが閾値を超える濃度レベルを有する場合に、「はい」決定枝の指示に従ってブロック６５０の後にブロック６６０に進むことができる。１つまたは複数の種類の検出されたガスの存在および／または濃度レベルが特定の閾値を下回る場合に、「いいえ」決定枝の指示に従ってブロック６５０の後にブロック６１０に進むことができる。
【００７０】
ブロック６６０で、アラーム（例えば、可聴または視覚的アラーム）が起動されうるか、またはアラートが他の何らかのデバイスに発行され、これにより、アラーム条件または他の是正処置を開始することができる。ブロック６７０の後にブロック６１０が続くものとしてよい。
【００７１】
説明され、例示されている方法６００は、示されているのと異なる順序または組み合わせで実行することができ、図示されていないさまざまなブロックを含むことができる。例えば、テスト共振器および制御共振器を同時に測定してもよい。
【００７２】
図７は、本開示の例の少なくともいくつかにより２つ以上の種類のガスの混合体を含む容積内の少なくとも１つの種類のガスを検出するいくつかの例示的な方法７００を示す流れ図である。方法は、ブロック７１０〜７４０によって例示されているような１つまたは複数の関数、オペレーション、またはアクションを含みうる。例示的な方法は、ブロック７１０から始まるものとしてよい。
【００７３】
ブロック７１０で、インテロゲーション信号は、少なくとも１つの共振器に（例えば、周波数源、インテロゲーションアンテナ、フィードライン、またはこれらの組み合わせなどによって）供給されうる。ブロック７１０の後にブロック７２０が続くものとしてよい。
【００７４】
ブロック７２０で、少なくとも１つの共振器の１つまたは複数の共振特性（例えば、共振周波数）が測定されうる（例えば、フィードライン、検出器、測定回路、またはこれらの組み合わせなどによって）。ブロック７２０の後にブロック７３０が続くものとしてよい。
【００７５】
ブロック７３０で、１つまたは複数の種類のガスが何であるかを、１つまたは複数の共振特性（例えば、共振周波数）に応じて、上ですでに説明されているようなＬＵＴまたはアルゴリズムなどによって、判定することができる。ブロック７３０の後にブロック７４０が続くものとしてよい。
【００７６】
ブロック７４０で、ガスの濃度を、１つまたは複数の共振応答の振幅（例えば、指定された共振周波数の共振応答信号の振幅）から、すでに説明されているようなＬＵＴまたはアルゴリズムなどによって、判定することができる。
【００７７】
説明され、例示されている方法７００は、示されているのと異なる順序または組み合わせで実行することができ、図示されていないさまざまなブロックを含むことができる。
【００７８】
図８は、本開示の例の少なくともいくつかにより２つ以上の種類のガスを含む混合体の変化を検出するいくつかの例示的な方法８００を示す流れ図である。方法は、ブロック８１０〜８５０によって例示されているような１つまたは複数の関数、オペレーション、またはアクションを含みうる。例示的な方法は、ブロック８１０から始まるものとしてよい。
【００７９】
ブロック８１０で、共振器を少なくとも１つの第１のガスを含む環境内に設けることができる。ブロック８１０の後にブロック８２０が続くものとしてよい。
【００８０】
ブロック８２０で、最初に真空に引くことなく、少なくとも１つの第２のガスを共振器に供給することができる。ブロック８２０の後にブロック８３０が続くものとしてよい。
【００８１】
ブロック８３０で、少なくとも１つの第２のガスが共振器に供給されている（例えば、周波数源、インテロゲーションアンテナ、フィードライン、またはこれらの組み合わせなどによって）間に、少なくとも１つのインテロゲーション信号を共振器に印加する。ブロック８３０の後にブロック８４０が続くものとしてよい。
【００８２】
ブロック８４０で、少なくとも１つのインテロゲーション信号への共振器の少なくとも１つの共振応答を測定することができる（例えば、フィードライン、測定回路、検出器、またはこれらの組み合わせなどによって）。ブロック８４０の後にブロック８５０が続くものとしてよい。
【００８３】
ブロック８５０で、少なくとも１つの共振応答から第２のガスが何であるかを、すでに説明されているようなＬＵＴまたはアルゴリズムなどによって判定することができる。
【００８４】
説明され、例示されている方法８００は、示されているのと異なる順序または組み合わせで実行することができ、図示されていないさまざまなブロックを含むことができる。
【００８５】
図９は、本開示の少なくともいくつかの例による、１つまたは複数の種類のガスを検出するように配置構成されうるいくつかの例示的なコンピューティングデバイス９００を示すブロック図である。コンピューティングデバイスは、図５の入出力インターフェース、コントローラ、およびセンサーインターフェースの全部または一部の代わりに使用することができる。コンピューティングデバイスは、図１〜３のセンサー１００、２００、および３００のいずれかに動作可能に結合されうる。非常に基本的な構成９０１において、コンピューティングデバイス９００は、典型的には、１つまたは複数のプロセッサ９１０およびシステムメモリ９２０を備えることができる。メモリバス９３０は、プロセッサ９１０とシステムメモリ９２０との間の通信に使用されうる。
【００８６】
所望の構成に応じて、プロセッサ９１０は、限定はしないが、マイクロプロセッサ（μＰ）、マイクロコントローラ（μＣ）、デジタルシグナルプロセッサ（ＤＳＰ）、またはこれらの任意の組み合わせを含む任意の種類のものとすることができる。プロセッサ９１０は、一次キャッシュ９１１および二次キャッシュ９１２などの１つまたは複数のキャッシングレベルのキャッシュ、プロセッサコア９１３、およびレジスタ９１４を備えることができる。例示的なプロセッサコア９１３は、算術論理演算ユニット（ＡＬＵ）、浮動小数点演算ユニット（ＦＰＵ）、デジタル信号処理コア（ＤＳＰコア）、またはこれらの任意の組み合わせを含むことができる。例示的なメモリコントローラ９１５は、プロセッサ９１０と併用することもできるか、またはいくつかの実装では、メモリコントローラ９１５は、プロセッサ９１０の内部パーツとすることもできる。
【００８７】
所望の構成に応じて、システムメモリ９２０は、限定はしないが、揮発性メモリ（ＲＡＭなど）、不揮発性メモリ（ＲＯＭ、フラッシュメモリなど）、またはこれらの任意の組み合わせを含む任意の種類のものとすることができる。システムメモリ９２０には、オペレーティングシステム９２１、１つまたは複数のアプリケーション９２２、およびプログラムデータ９２４を格納することができる。アプリケーション９２２は、ＬＵＴにアクセスして測定された共振器の振幅を比較するように構成されたアルゴリズム９２３を備えることができる。アプリケーションは、上述の技術により制御測定結果およびテスト測定結果を示す信号を受信して差を検出するように構成されうる。アプリケーションは、差が特定の閾値を超えたときに指示信号を発生するようにさらに構成されうる。プログラムデータ９２４は、測定された共振に対する振幅閾値レベルまたは制御およびテストセンサーから得られた差に対する差分閾値などの特定のガスに対する閾値レベルを含むＬＵＴを含むものとしてよい。いくつかの実施形態では、アプリケーション９２２は、本明細書で説明されている技術、方法、および／またはプロセスのうちの１つまたは複数によりオペレーティングシステム９２１上でプログラムデータ６２４を操作できるように構成されうる。本明細書で説明されている基本的な構成は、図９において、破線９０１内のコンポーネントで例示されている。
【００８８】
コンピューティングデバイス９００は、付加的な特徴または機能を有し、また基本的な構成９０１と必要なデバイスおよびインターフェースとの間の通信が容易に行えるようにするための付加的なインターフェースを備えることができる。例えば、バス／インターフェースコントローラ９４０は、記憶装置用のインターフェースバス９４１を介して基本的な構成９０１と１つまたは複数のデータ記憶装置デバイス９５０との間の通信が容易に行えるようにするために使用できる。データ記憶装置デバイス９５０は、取り外し可能な記憶装置デバイス９５１、取り外し不可能な記憶装置デバイス９５２、またはこれらの組み合わせとすることができる。取り外し可能な記憶装置デバイスおよび取り外し不可能な記憶装置デバイスの例を２、３挙げると、フレキシブルディスクドライブおよびハードディスクドライブ（ＨＤＤ）などの磁気ディスクデバイス、コンパクトディスク（ＣＤ）ドライブまたはデジタル多用途ディスク（ＤＶＤ）ドライブなどの光ディスクドライブ、ソリッドステートドライブ（ＳＳＤ）、およびテープドライブなどがそうである。例示的なコンピュータ記憶媒体としては、コンピュータ可読命令、データ構造体、プログラムモジュール、またはその他のデータなどの情報を格納するための方法または技術で実装される揮発性および不揮発性、取り外し可能および取り外し不可能な媒体を挙げることができる。
【００８９】
システムメモリ９２０、取り外し可能記憶装置９５１、および取り外し不可能記憶装置９５２は、すべてコンピュータ記憶媒体の実施例である。コンピュータ記憶媒体としては、限定はしないが、ＲＡＭ、ＲＯＭ、ＥＥＰＲＯＭ、フラッシュメモリまたはその他のメモリ技術、ＣＤ−ＲＯＭ、デジタル多目的ディスク（ＤＶＤ）またはその他の光学式記憶装置、磁気カセット、磁気テープ、磁気ディスク記憶装置またはその他の磁気記憶デバイス、または所望の情報を格納するために使用することができ、しかもコンピューティングデバイス９００によってアクセスできるその他の媒体が挙げられる。このような任意のコンピュータ記憶媒体は、装置９００の一部であるものとすることができる。
【００９０】
コンピューティングデバイス９００は、バス／インターフェースコントローラ９４０を介してさまざまなインターフェースデバイス（例えば、出力インターフェース、周辺機器インターフェース、および通信インターフェース）から基本的な構成９０１への通信を容易に行えるようにするためのインターフェースバス９４２を備えることもできる。例示的な出力デバイス９６０は、グラフィックス処理ユニット９６１および音声処理ユニット９６２を備え、これらは、１つまたは複数のＡ／Ｖポート９６３を介してディスプレイまたはスピーカーなどのさまざまな外部デバイスと通信するように構成されうる。例示的な周辺機器インターフェース９７０は、シリアルインターフェースコントローラ９７１またはパラレルインターフェースコントローラ９７２を備え、これらは、１つまたは複数のＩ／Ｏポート９７３を介して入力デバイス（例えば、キーボード、マウス、ペン、音声入力デバイス、タッチ入力デバイスなど）または他の周辺機器デバイス（例えば、プリンタ、スキャナなど）などの外部デバイスと通信するように構成されうる。例示的な通信デバイス９８０は、ネットワークコントローラ９８１を備え、これは、１つまたは複数の通信ポート９８２を介してネットワーク通信リンク上で１つまたは複数の他のコンピューティングデバイス９９０との通信を容易に行えるように構成されうる。
【００９１】
ネットワーク通信リンクは、通信媒体の一例であるものとしてよい。通信媒体は、典型的には、コンピュータ可読命令、データ構造体、プログラムモジュール、または搬送波もしくは他のトランスポートメカニズムなどの変調データ信号による他のデータによって具現化されうるものであり、任意の情報配信媒体を含むことができる。「変調データ信号」は、信号内の情報を符号化する方法によりその特性のうち１つまたは複数が設定または変更された信号であるものとすることができる。例えば、限定はしないが、通信媒体としては、有線ネットワークまたは直接配線接続などの有線媒体、および、音響、高周波（ＲＦ）、マイクロ波、赤外線（ＩＲ）、およびその他のワイヤレス媒体などのワイヤレス媒体が挙げられる。本明細書で使用されているコンピュータ可読媒体という用語は、記憶媒体と通信媒体の両方を含むことができる。
【００９２】
コンピューティングデバイス９００は、携帯電話、パーソナルデータアシスタント（ＰＤＡ）、パーソナルメディアプレーヤーデバイス、ワイヤレスウェブウォッチデバイス、パーソナルヘッドセットデバイス、特定用途向けデバイス、または上記機能のいずれかを含むハイブリッドデバイスなどのスモールフォームファクタポータブル（またはモバイル）電子デバイスの一部として実装できる。コンピューティングデバイス９００は、ラップトップコンピュータおよび非ラップトップコンピュータの両方の構成を含むパーソナルコンピュータとして実装することもできる。
【００９３】
本開示は、さまざまな態様を例示するものとして意図されている、本出願において説明されている特定の例に関して限定されない。多くの修正形態および例は、当業者には明らかなように、本明細書の精神および範囲から逸脱することなく行うことができる。本開示の範囲内で機能的に同等の方法および装置は、本明細書に列挙されているものに加えて、当業者には前記の説明から明らかであろう。このような修正形態および例は、付属の請求項の範囲内にあることが意図されている。本開示は、付属の請求項の対象である等価物の全範囲とともに、付属の請求項に関してのみ限定されるものとする。本開示は、もちろん変化しうる、特定の方法、試薬、化合物、組成物、または生体系に限定されない。また、本明細書で使用されている用語は、特定の例を説明することのみを目的としており、限定的であることを意図されていないことは理解されるであろう。
【００９４】
本明細書における実質的に複数形および／または単数形の語の使用に関して、当業者であれば、背景状況および／または用途に応じて適切に、複数形を単数形に、および／または単数形を複数形に変えることができる。さまざまな単数形／複数形の置き換えは、本明細書ではわかりやすくするために明示的に述べる場合がある。
【００９５】
当業者であれば、一般に、本明細書で使用されている、また特に付属の請求項（例えば、付属の請求項の本文）で使用されている言い回しは、「制約のない」言い回し（例えば、「含むこと」という言い回しは、「限定はしないが、含むこと」と解釈すべきであり、「有する」という言い回しは、「少なくとも有する」と解釈すべきであり、「含む」という言い回しは、「限定はしないが、含む」と解釈すべきである、など）として一般的に意図されていることを理解されるであろう。
【００９６】
さらに、当業者であれば、導入される請求項列挙の特定の数が意図されている場合、そのような意図は、請求項内で明示的に記載され、そのような列挙がない場合は、そのような意図は存在しないことを理解するであろう。例えば、理解の助けとして、付属の請求項に、導入句「少なくとも１つの」および「１つまたは複数の」を入れて請求項列挙を導入することができる。しかし、英語原文において、このような語句を使用したとしても、不定冠詞「ａ」または「ａｎ」による請求項列挙の導入によって、たとえその請求項が導入句「１つまたは複数の」または「少なくとも１つの」、および「ａ」または「ａｎ」などの不定冠詞を含むとしても、そのような導入される請求項列挙を含む特定の請求項がそのような列挙を１つしか含まない例に制限されることを意味すると解釈すべきではなく（例えば、「ａ」および／または「ａｎ」は、「少なくとも１つの」または「１つまたは複数の」を意味すると解釈されるべきである）、請求項列挙を導入するために使用される定冠詞の使用についても同じことが成り立つ。それに加えて、特定の数の導入される請求項列挙が明示的に記載されるとしても、当業者であれば、そのような列挙は、少なくとも記載されている数を意味するものと解釈すべきであることを理解するであろう（例えば、ほかに修飾子を付けない「２つの列挙」という飾りのない列挙は、少なくとも２つの列挙、または２つ以上の列挙を意味する）。
【００９７】
さらに、「Ａ、Ｂ、およびＣなどのうちの少なくとも１つ」に類似の慣例的言い回しが使用される場合、一般的に、このような構文は、当業者がこの慣例的言い回しを理解するという意味で意図されたものである（例えば、「Ａ、Ｂ、およびＣのうちの少なくとも１つを有するシステム」は、限定はしないが、Ａだけ、Ｂだけ、Ｃだけ、ＡおよびＢを一緒に、ＡおよびＣを一緒に、ＢおよびＣを一緒に、および／またはＡ、Ｂ、およびＣを一緒に、などを有するシステムを含む）。「Ａ、Ｂ、またはＣなどのうちの少なくとも１つ」に類似の慣例的言い回しが使用される場合、一般的に、このような構文は、当業者がこの慣例的言い回しを理解するという意味で意図されたものである（例えば、「Ａ、Ｂ、またはＣのうちの少なくとも１つを有するシステム」は、限定はしないが、Ａだけ、Ｂだけ、Ｃだけ、ＡおよびＢを一緒に、ＡおよびＣを一緒に、ＢおよびＣを一緒に、および／またはＡ、Ｂ、およびＣを一緒に、などを有するシステムを含む）。さらに、当業者であれば、説明中であろうと、請求項中であろうと、図面中であろうと２つ以上の代替語を示す実質的に任意の離接語または語句は、複数の語のうちの１つ、複数の語いずれか、または両方の語を含む可能性を考えるものと理解されるべきであることを理解するであろう。例えば、語句「ＡまたはＢ」は、「Ａ」または「Ｂ」または「ＡおよびＢ」の可能性を含むと理解される。
【００９８】
それに加えて、本開示の特徴または態様がマーカッシュグループに関して説明されている場合、本開示は、これにより、マーカッシュグループの個別のメンバーまたはメンバーのサブグループに関しても説明されることは当業者であれば理解するであろう。
【００９９】
当業者であれば理解するように、書面による明細書を提示することに関してなど、あらゆる目的について、本明細書で開示されているすべての範囲は、あらゆる可能な部分範囲およびそれらの部分範囲の組み合わせを包含する。リストされている範囲は、同じ範囲を少なくとも２等分、３等分、４等分、５等分、１０等分などに分割することを十分に記述し、またそのように分割することを可能にする範囲であると容易に理解できる。非限定的な例として、本明細書で説明されているそれぞれの範囲は、下３分の１、中３分の１、および上３分の１などに容易に分割できる。当業者であれば理解するように、「最大〜まで」、「少なくとも」、「より大きい」、「より小さい」、および同様の語句などのすべての言い回しは、参照されている数を含み、上で説明したようにその後いくつかの部分範囲に分割することができる範囲を指す。最後に、当業者であれば理解するように、範囲はそれぞれの個別のメンバーを含む。したがって、例えば、１〜３個の項目を持つ１つのグループは、１、２、または３個の項目を持ついくつかのグループを指す。同様に、１〜５個の項目を持つ１つのグループは、１、２、３、４、または５個の項目を持ついくつかのグループを指す。
【０１００】
前記の詳細な説明では、ブロック図、流れ図、および／または例を使用することで、デバイスおよび／またはプロセスのさまざまな例を述べ、このようなブロック図、流れ図、および／または例は、１つまたは複数の関数および／またはオペレーションを含むが、当業者であれば、そのようなブロック図、流れ図、または例の中のそれぞれの関数および／またはオペレーションは、各種のハードウェア、ソフトウェア、ファームウェア、またはこれらの実質的に任意の組み合わせによって、個別におよび／またはまとめて実装することができることを理解するであろう。一例では、本明細書で説明されている発明対象のいくつかの部分は、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）、フィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ）、デジタルシグナルプロセッサ（ＤＳＰ）、または他の集積回路形態を介して実装されうる。しかし、当業者であれば、本明細書で開示されている例のいくつかの態様は、全部または一部、１つまたは複数のコンピュータ上で実行される１つまたは複数のコンピュータプログラムとして（例えば、１つまたは複数のコンピュータシステム上で実行される１つまたは複数のプログラムとして）、１つまたは複数のプロセッサ上で実行される１つまたは複数のプログラムとして（例えば、１つまたは複数のマイクロプロセッサ上で実行される１つまたは複数のプログラムとして）、ファームウェアとして、またはこれらの実質的に任意の組み合わせとして、集積回路内に等価な構成で実装されうること、またソフトウェアおよび／またはファームウェア用に回路を設計し、および／またはコードを書くことは、本開示に照らして十分に当業者の技能の範囲内にあることを理解するであろう。例えば、ユーザが、速度と精度が最重要であると判断した場合、ユーザは、主にハードウェアおよび／またはファームウェアの手段を選び、柔軟性が最重要であると判断した場合、ユーザは、主にソフトウェアによる実装を選ぶか、またはさらにここでもまた、その代わりに、ユーザは、ハードウェア、ソフトウェア、および／またはファームウェアの何らかの組み合わせを選ぶことができる。
【０１０１】
さらに、本明細書に記載された主題のメカニズムをさまざまな形式のプログラム製品として配布することができることを、当業者は理解するであろうし、本明細書に記載された主題の例示的な例が、実際に配布を実行するために使用される信号伝達媒体の特定のタイプにかかわらず適用されることを、当業者は理解するであろう。信号伝達媒体の例には、フロッピー（登録商標）ディスク、ハードディスクドライブ、コンパクトディスク（ＣＤ）、デジタルビデオディスク（ＤＶＤ）、デジタルテープ、コンピュータメモリ、などの記録可能なタイプの媒体、ならびに、デジタル通信媒体および／またはアナログ通信媒体（例えば、光ファイバケーブル、導波管、有線通信リンク、無線通信リンクなど）の通信タイプの媒体が含まれるが、それらには限定されない。
【０１０２】
本明細書で説明したやり方で装置および／またはプロセスを記載し、その後そのように記載された装置および／またはプロセスを、データ処理システムに統合するためにエンジニアリング方式を使用することは、当技術分野で一般的であることを当業者は認識するであろう。すなわち、本明細書に記載された装置および／またはプロセスの少なくとも一部を、妥当な数の実験によってデータ処理システムに統合することができる。通常のデータ処理システムは、一般に、システムユニットハウジング、ビデオディスプレイ装置、揮発性メモリおよび不揮発性メモリなどのメモリ、マイクロプロセッサおよびデジタル信号プロセッサなどのプロセッサ、オペレーティングシステムなどの計算実体、ドライバ、グラフィカルユーザインターフェース、およびアプリケーションプログラムのうちの１つもしくは複数、タッチパッドもしくはスクリーンなどの１つもしくは複数の相互作用装置、ならびに／またはフィードバックループおよびコントロールモータを含むコントロールシステム（例えば、位置検知用および／もしくは速度検知用フィードバック、コンポーネントの移動用および／もしくは数量の調整用コントロールモータ）を含むことを、当業者は理解するであろう。通常のデータ処理システムは、データコンピューティング／通信システムおよび／またはネットワークコンピューティング／通信システムの中に通常見られるコンポーネントなどの、市販の適切なコンポーネントを利用して実装することができる。
【０１０３】
本明細書に記載された主題は、さまざまなコンポーネントをしばしば例示しており、これらのコンポーネントは、他のさまざまなコンポーネントに包含されるか、または他のさまざまなコンポーネントに接続される。そのように図示されたアーキテクチャは、単に例にすぎず、実際には、同じ機能を実現する多くの他のアーキテクチャが実装可能であることが理解されよう。概念的な意味で、同じ機能を実現するコンポーネントの任意の構成は、所望の機能が実現されるように効果的に「関連付け」される。したがって、特定の機能を実現するために組み合わされた、本明細書における任意の２つのコンポーネントは、アーキテクチャまたは中間のコンポーネントにかかわらず、所望の機能が実現されるように、お互いに「関連付け」されていると見ることができる。同様に、そのように関連付けされた任意の２つのコンポーネントは、所望の機能を実現するために、互いに「動作可能に接続」または「動作可能に結合」されていると見なすこともでき、そのように関連付け可能な任意の２つのコンポーネントは、所望の機能を実現するために、互いに「動作可能に結合できる」と見なすこともできる。動作可能に結合できる場合の具体例には、物理的にかみ合わせ可能な、および／もしくは物理的に相互作用するコンポーネント、ならびに／またはワイヤレスに相互作用可能な、および／もしくはワイヤレスに相互作用するコンポーネント、ならびに／または論理的に相互作用する、および／もしくは論理的に相互作用可能なコンポーネントが含まれるが、それらに限定されない。
【０１０４】
本明細書ではさまざまな態様および例が開示されているが、他の態様および例も当業者には明らかであろう。本明細書で開示されているさまざまな態様および例は、例示することを目的としており、制限することを意図しておらず、真の範囲および精神は以下の請求項によって示される。
【図１Ａ】
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【図１Ｂ−１Ｃ】
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【図２】
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【図３】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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